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Realisation dun sechoir solaire indirect

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Réalisation d'un séchoir solaire indirect
Article · January 2008
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7,296
3 authors:
Bachir Dadda
Kherrour Sofiane
Unité de Recherche Appliquée en Energies Renouvelables
Centre de Développement des Energies Renouvelables
11 PUBLICATIONS 37 CITATIONS
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Lazhar Serir
Université Batna 2
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Revue des Energies Renouvelables SMSTS’08 Alger (2008) 127 – 134
Réalisation d’un séchoir solaire indirect
B. Dadda*, S. Kherrour et L. Serir
Unité de Recherche Appliquée en Energie Renouvelable, ‘URAER’
B.P. 88, Garet Etaam, Ghardaïa, Algérie
Résumé - Dans ce papier, nous avons exposé les étapes suivies dans la réalisation d’un séchoir
solaire indirect au sein de l’Unité de Recherche Appliquée en Energie Renouvelable de
Ghardaïa. Ce séchoir est réalisé dans le but de se doter d’une installation où l’on peut faire des
expériences et d’avoir des résultats concrets qui nous permettront par la suite de porter des
contributions que se soit dans la forme du séchoir solaire lui-même ou bien dans le procédé du
séchage de quelques produits agricoles tels que les dattes, la menthe, les tomates, etc.
Concernant la réalisation du séchoir nous avons récupéré un capteur à eau appartenant à un
chauffe eau solaire en mauvais état et nous l’avons transformé en un capteur à air et nous avons
ensuite réalisé la chambre du séchage avec du bois. Le séchoir présenté dans ce papier est réalisé
en se basant sur des travaux antérieurs pour qu’il soit performant et moins coûteux.
Mots clés: Séchage solaire - Séchoir indirect - Capteur à air - Chambre de séchage - Type de
séchoir.
1. INTRODUCTION
Le séchage est un procédé d’extraction d’eau d’un solide, d’un semi-solide ou d’un
liquide par évaporation. Cette opération nécessite une source de chaleur. Plusieurs
techniques sont possibles pour sécher et conserver les récoltes: le séchage sur champ au
soleil, les cabines de déshydratation, l’ensilage pour les fourrages et le séchage en
grange.
Contrairement aux combustibles fossiles à l’avenir incertain, le soleil est une source
d’énergie gratuite et inépuisable. Le séchage en grange permet d’obtenir des produits de
qualité constante, en grandes quantités et affranchit l’agriculteur des contraintes
météorologiques, pour un coût de fonctionnement modique. Il offre de nouveaux
débouchés aux produits. Les utilisations sont multiples, il est possible d’y sécher
fourrages, plantes aromatiques, graines, céréales, fruits et légumes.
La technique de séchage traditionnelle, qui est généralement réalisée sur sol, est la
plus utilisée dans les pays en voix de développement pour préserver les denrées
alimentaires, telles que les céréales, les légumes, la viande et le poisson, etc.
Dans cette méthode traditionnelle, le taux de séchage est contrôlé par des facteurs
externes, tels que le rayonnement solaire, la température ambiante, la vitesse du vent et
l’humidité relative, et des facteurs internes, tels que la teneur en eau initiale, le type des
produits et la masse du produit par unité de surface d’exposition [1].
Il y a des avantages considérables dans cette technique de séchage puisque la source
d’énergie est renouvelable. Quoi que, ça ne permet pas d’avoir une qualité
convenablement bonne et reproductive du produit, principalement à cause des
limitations inhérentes dans le contrôle du processus de séchage [2] et du fait que les
produits sont exposés à l’air, la pluie, les insectes et le vent, ce qui cause des pertes
énormes dans la qualité du produit.
*
[email protected]
127
128
B. Dadda et al.
Un grand nombre de travaux de recherche ont été réalisés sur les systèmes de
séchage solaire direct, indirect et mixte, pour remplacer les systèmes traditionnels et
améliorer leur rendement.
Kiebling [3] a cité plusieurs types de séchoirs solaires différents, leurs
configurations, capacités, produits séchés et coûts. Fuller [4] et Ekechukwa et al. [5] a
fait une revue sur plusieurs séchoirs solaires, et a comparé leurs performances et
applicabilité dans les milieux ruraux. La plupart des séchoirs solaires développés sont
destinés aux produits spécifiques ou à une classe de produits, tels que piment, oignon,
radis, gingembre, pomme, ananas, raisin, prune, longane qui sont souvent séchés en
Asie [6, 7].
La sélection d’un séchoir solaire pour sécher des produits spécifiques est déterminée
par les qualités requises, les caractéristiques du produit et le facteur économique.
Quant à ce travail, nous y présentons les étapes suivies dans la réalisation d’un
séchoir solaire indirect dans le but de porter des éventuelles améliorations de
performance spécifique à la région dont il est installé (Ghardaïa, nord du Sahara
Algérien).
2. CHOIX DU TYPE DE SECHOIR
Les séchoirs solaires sont classés généralement, selon le mode de chauffage ou le
mode de leur fonctionnement [8] en plusieurs catégories:
• Les séchoirs solaires directs.
• Les séchoirs solaires indirects.
• Les séchoirs solaires hybrides.
• Les séchoirs solaires mixtes.
D’après Nonhebel [9], la sélection d’un séchoir représente un compromis entre le
coût du séchoir, la qualité du produit, mesure de sécurité et commodité d’installation.
Dans l’évaluation d’un séchoir solaire, les paramètres généralement mesurés et
reportés peuvent être catégorisés comme suit:
Caractéristiques physiques du séchoir
- Type, taille, forme.
- Capacité de séchage.
- Surface des tiroirs et leur nombre.
- Modalité de chargement et de déchargement.
Performances thermiques
- Temps de séchage/taux de séchage.
- Température de l’air sécheur et l’humidité relative.
- Débit d’air.
- Efficacité du séchage.
Qualité du produit séché
- Qualité sensationnelle (couleur, saveur, goût, texture, arome).
- Propriétés nutritive.
- Capacité de réhydratation.
Coût du séchoir et période d’amortissement
Dans un premier temps, on s’est basé sur la qualité du produit, pour cela nous avons
opté pour les séchoirs solaires indirects qui sont plus performants que les séchoirs
SMSTS’2008: Réalisation d’un séchoir solaire indirect
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directs, car ils présentent l’avantage de mieux préserver les caractéristiques de l’aliment
à savoir; sa couleur, son aspect et sa valeur nutritive [10]. Ils sont donc particulièrement
adaptés au séchage des produits alimentaire.
3. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
Le séchoir indirect se compose de deux parties: un collecteur qui convertit le
rayonnement solaire en chaleur et une chambre de séchage qui contient le produit (Fig.
1). L’air chaud monte par convection naturelle jusqu’à la chambre de séchage. La durée
de séchage est très variable selon les conditions climatiques.
3.1 Paramètres influençant les performances d’un séchoir
D’après Sokhansanj et al. [11], les paramètres influençant considérablement les
performances d’un séchoir sont :
- Les caractéristiques de l’air sécheur (température de l’air sécheur, taux d’humidité
et d’écoulement de l’air).
- Les variables dimensionnelles (épaisseur, longueur, hauteur ou diamètre du
séchoir, configuration du séchoir).
3.2 Caractéristiques physiques du séchoir
Ca concerne le type, le poids, les dimensions et le matériau du séchoir. Même si le
bois et le métal sont les matériaux souvent utilisés, le ciment et le mortier sont aussi
utilisés [12]. Le collecteur est souvent construit avec de l’aluminium, le fer ou l’acier
galvanisé et peint avec de la peinture noire mate (non réfléchissante).
3.3 Avantages du séchoir indirect
Le séchoir solaire indirect présente les avantages suivants :
• Le produit n’est pas exposé directement au soleil. Il conserve mieux sa couleur et sa
valeur nutritionnelle (notamment les vitamine A et C).
• Possibilité de construire ce type de séchoirs localement, avec un coût réduit.
• Son fonctionnement n’exige pas une énergie électrique ou des combustibles fossiles.
Fig. 1: Schéma explicite d’un séchoir solaire indirect
130
B. Dadda et al.
4. ETAPES SUIVIES DANS LA CONSTRUCTION DU SECHOIR
Le capteur à air est constitué:
• D’un caisson isolant comportant deux orifices de circulation d’air (entrée et sortie).
• D’une tôle en aluminium noircie couvrant l’isolant
• D’un vitrage couvrant le tout à quelques centimètres au dessus de la tôle.
Nous avons pris un capteur à eau d’un chauffe eau solaire abandonné (Fig. 2) et
nous l’avons transformé en un capteur à air en exploitant le caisson isolant de dimension
(192 cm sur 96 cm) qui était récupérable. L’isolant utilisé dans ce caisson est de la laine
de verre.
Fig. 2: Capteur à eau récupéré
Ensuite, nous avons recouvert le caisson d’une tôle en aluminium et nous l’avons
peint en noir mat pour absorber le maximum de rayons lumineux. Cette tôle représente
l’absorbeur (Fig. 4).
Fig. 3: Caisson isolant et recouvert d’aluminium
SMSTS’2008: Réalisation d’un séchoir solaire indirect
131
Nous avons enfin terminé avec le capteur par le montage des vitres et des joints.
Pour le vitrage, on utilise souvent le verre et autres vitrages commerciaux tels que: Poly vinyle Fluoré, - Ethylène Propylène Fluoré, - Polyéthylène Terephtale, - Polyester
- Polyéthylène, - Plexiglas.
Dans notre cas, nous avons utilisé du verre d’épaisseur de 4 mm en laissant 4 cm
d’espace entre la vitre et la tôle (Fig. 4).
Fig. 4: Montage des vitres et des joints
La chambre de séchage: C’est une armoire qui abrite les produits et qui sert à les
sécher. Elle est construite en contre plaqué et elle est de hauteur de 100 cm, de largeur
de 103 cm et de profondeur de 49 cm (Fig. 5).
Cette chambre se termine par une cheminée servant à évacuer l’air humide extrait
des aliments séchés. Les parois internes de la chambre sont peintes avec du goudron en
liquide (flincote).
Fig. 5: Chambre de séchage
132
B. Dadda et al.
La chambre de séchage comporte trois tiroirs (claies) qui servent à porter le produit
à sécher. Pour la fabrication des claies, il est souvent utilisé le fil en nylon ou l’acier.
Pour notre cas, nous avons choisi l’acier galvanisé pour éviter la déformation en cas
de températures élevées (Fig. 6). Ils sont de dimensions (94 cm sur 44 cm).
Fig. 6: Claie de séchage
Le séchoir solaire est orienté plein Sud, avec une inclinaison de 30° (Fig. 7), pour
capter le maximum de rayonnement durant toutes les saisons de l’année selon le besoin
en énergie qui dépend du produit que l’on veut sécher.
Fig. 7: Capteur à air incliné à 30° et orienté plein sud
Le coût- L’ensemble de ces travaux nous ont coûté près de 22000,00 DA sans
compter la main d’œuvre, le caisson d’isolation et la structure qu’ils ont été récupérés
d’un chauffe eau solaire abandonné.
SMSTS’2008: Réalisation d’un séchoir solaire indirect
133
5. QUELQUES PARAMETRES POUVANT INFLUER
SUR LES PERFORMANCES D’UN SECHOIR SOLAIRE
Il y a d’autres aspects qui doivent être pris en considération par les utilisateurs et qui
sont utiles dans l’évaluation des séchoirs solaires, à savoir:
- Uniformité du séchage: Dans les séchoirs avec une longue chambre de séchage,
l’air sécheur fait un trajet considérable avant de sortir de la chambre, et le produit près
de la sortie se sèche plus lentement que celui qui se trouve près de l’entrée. Donc dans
ce cas, on doit s’assurer de l’uniformité du séchage.
- Nécessité d’un espace plat: Dans certains endroits, spécialement dans les terrains
montagneux, il est difficile de trouver une plate forme pour installer le séchoir
- Nécessité de techniciens et opérateurs qualifiés: Ceci peut être très important dans
certains cas (tel que: solaire – biomasse, séchoir hybride), où le contrôle et le
fonctionnement du système de séchage peut exiger quelques expertises.
- Facilité de construction nécessite une grande importance dans les villages éloignés.
- Sécurité.
6. CONCLUSION
Le séchage des aliments améliore leur durée de vie et minimise les pertes durant le
stockage, et diminue leur coût de transport. Dans le but de bien maîtriser les techniques
de séchage, nous avons procédé à la réalisation d’un séchoir solaire et dans le but
d’avoir les critiques sur cette réalisation et de connaître les modifications et les
corrections qu’il faut apporter à cette réalisation, nous avons choisi de présenter ce
travaille modeste.
Après une comparaison des différents types de séchoirs solaires, nous avons opté
pour le séchoir solaire indirect, vu les avantages qu’il présente et essentiellement sa
caractéristique de conserver la qualité du produit séché telles que sa couleur, saveur et
sa valeur nutritionnelle (notamment les vitamines A et C).
Dans ce papier, nous avons exposé toutes les étapes suivies dans la réalisation du
séchoir solaire, avec le choix du matériau et des dimensions, ainsi que le coût.
REFERENCES
[1] D. Jain and G.N. Tiwari, ‘Thermal Aspects of Open Sun Drying of Various Crops’, Energy,
Vol. 28, N°1, pp. 37 – 54, 2003.
[2] G. Wisniewski, ‘Market Development of the Solar Crops Drying Technologies in Poland and
Europe’, Renewable Energy, Vol. 16, N°1, pp. 1278 – 1283.
[3] J. Kiebling and T. Solare, ‘Eine Tabellarische Übersicht’ (in German), Deutsche Gesellschaft
fur Technische Zusammenarbeit (GTZ) GmbH, OE 402.2, Information and Advisory Service
for Appropriate Technology (ISAT), Projekt Number: 88.2000.3-03-100, 1996.
[4] R.J. Fuller, ‘A Review of Solar Drying of Fruit, Vegetables and Other Food Crops’, Australia:
Agriculture Victoria (A division of the Dept. of Natural Resources and Environment), 1995.
[5] O.V. Ekechukwu and B. Norton, ‘Review of Solar-Energy Drying Systems II: An Overview of
Solar Drying Technology’, Energy Conversion and Management, Vol. 40, N°6, pp. 615 – 655,
1999.
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B. Dadda et al.
[6] FAO. Food and Agriculture Organisation of the United Nations, ‘Assessment Collection of
Data on Post-Harvest Food-Grain Losses’, Econ. Social Development Paper 13, pp. 1 – 70,
1980.
[7] International Labour Organization, ILO, ‘Solar Drying: Practical Methods of Food
Preservation’, International Labour Office-Geneva, 1986.
[8] M. Daguenet, ‘Les Séchoirs Solaires: Théorie et Pratique’, UNESCO, Paris, 1985.
[9] G. Nonhebel, ‘Drying of Solids in the Chemical Industry’, London: Butterworth & Co,
Publishers Ltd, 1971.
[10] P. Dudez, ‘Le Séchage Solaire à Petite Echelle des Fruits et Légumes: Expériences et
Procédés’, Edition du Gret, France, 1999.
[11] S. Sokhansanj and D. Jayas, ‘Drying of Foodstuffs’, In: A.S. Mujumdar, Editor. ‘Handbook
of Industrial Drying, 2’. New York: Marcel Decker Inc., 1995.
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